Leistungsmessung eines Sonnenkollektors nach EN :2006

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1 PRÜFBERICHT: KTB Nr Leistungsmessung eines Sonnenkollektors nach EN :2006 für: BBT Thermotechnik GmbH - Buderus, Deutschland Kollektorbezeichnung: Logasol SKS 4.0 Prüfingenieur: Dipl.-Ing. (FH) A. Schäfer Datum: 16. November 2006 Adresse: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Heidenhofstraße 2, D Freiburg Tel.: ; Fax.: arim.schaefer@ise.fraunhofer.de Internet: Akkreditiert nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 Registriernummer: DAP-PL

2 Inhaltsverzeichnis 1 Überblick über die Ergebnisse Vorbemerkung Ermittelte Leistungsparameter Einstrahlwinkelkorrekturfaktor - IAM Durchgeführte Prüfungen Gesamtergebnis Prüfstelle 4 3 Auftraggeber, Vertreiber, Hersteller 4 4 Beschreibung des Sonnenkollektors Kollektor Absorber Wärmedämmung und Gehäuse Grenzwerte Einbauweise Foto und Schnittzeichnung des Kollektors Leistungsparameter des Kollektors Prüfverfahren Beschreibung der Berechnung Quasistationäre Leistungsparameter bezogen auf Aperturfläche, sowie die mittlere Fluidtemperatur Energieertrag pro Kollektormodul Einstrahlwinkelkorrekturfaktor IAM 12 7 Wärmekapazität des Sonnenkollektors 12 8 Kollektoridentifikation/Dokumentation 12 9 Prüfvorkommnisse und Betriebsverhalten des Kollektors Anmerkung zum Prüfbericht 13 A Absorberskizze 14 B Messdaten zur IAM- und η 0 Bestimmung 15 C Messdaten zur Bestimmung der Verlustparameter a 1 und a 2 16 Seite 2 von 16

3 1 Überblick über die Ergebnisse 1.1 Vorbemerkung Die Leistungsprüfung wurde nach EN durchgeführt. Es wurden alle Kriterien für den Mindestertragsnachweis (Zertifikat über 525 kwh/m 2 a) für die deutsche Förderung erreicht.der Mindestertragsnachweis wurde für den Kollektor Logasol SKS 4.0 erstellt. 1.2 Ermittelte Leistungsparameter Die ermittelten Parameter beziehen sich auf die folgenden Flächen: Aperturfläche von m 2 : Absorberfläche von m 2 : η 0a = η 0A = a 1a = W/m 2 K a 1A = W/m 2 K a 2a = W/m 2 K 2 a 2A = W/m 2 K 2 Energieertrag pro Kollektormodul [W]: t m t a [K] 400 [W/m 2 ] 700 [W/m 2 ] 1000 [W/m 2 ] Einstrahlwinkelkorrekturfaktor - IAM 1.4 Durchgeführte Prüfungen IAM bei θ = 50 = Anlieferungsdatum: Prüfung Datum Ergebnis Ermittlung der Leistungsparameter ermittelt Ermittlung des IAM ermittelt Ermittlung der Kapazität: ermittelt 1.5 Gesamtergebnis Der Kollektor hat alle Prüfungen bestanden. Während der Messung traten keine Besonderheiten auf. Seite 3 von 16

4 2 Prüfstelle Prüfzentrum für Thermische Solaranlagen (PZTS) des Fraunhofer ISE Heidenhofstraße 2, D Freiburg Tel.: oder -5141; Fax.: Internet: 3 Auftraggeber, Vertreiber, Hersteller Auftraggeber: Vertreiber: Hersteller: BBT Solar Diamant Ralf Köbbemann-Rengers Prozessionsweg 10 D Wettringen Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) BBT Thermotechnik GmbH - Buderus Sophienstrasse D Wetzlar siehe Auftraggeber Seite 4 von 16

5 4 Beschreibung des Sonnenkollektors 4.1 Kollektor (HA): Herstellerangabe Typ: Doppel-Mäander Bezeichnung: Logasol SKS 4.0 Seriennummer: Baujahr: 2006 Anzahl an Testkollektoren: 1 Kollektor Referenznummer: 2 KT Bruttofläche: m * m = m 2 Aperturfläche: m * m = m 2 (Lichteinfallfläche, ohne Randverbund) Absorberfläche: m * m = m 2 (HA) Werkstoff der Abdeckung: eisenarmes Solarglas (HA) Anzahl der Abdeckungen: 1 Transmission der Abdeckung: 91.6 % (HA) Dicke der Abdeckung: 3,2 mm (HA) Gewicht leer: 46.4 kg Füllmenge: 1,43 l (HA) Wärmeträgermedium: Wasser/Glykol 50/50, bzw. 70/30 in Südeuropa (HA) 4.2 Absorber Werkstoff des Absorberlechs: Dicke des Absorberblechs: Oberflächenbehandlung: Absorptionsgrad α: Emissionsgrad ε: Werkstoff der Absorberrohre: Verschaltung der Absorberrohre: Anzahl der Absorberrohre: Rohrdurchmesser: Wandstärke: Rohrabstand: Material des Sammelkanals: Rohrdurchmesser des Sammelkanals: Wandstärke des Sammelkanals: Kupfer (HA) 0,28 mm (HA) Sunselect (HA) 95.5 % (HA) 5 % (HA) Kupfer (HA) Doppel-Mäander (HA) 2 (HA) 8 mm (HA) 0.4 mm (HA) 92 mm (HA) Kupfer (HA) 8 mm (HA) 0.7 mm (HA) Seite 5 von 16

6 4.3 Wärmedämmung und Gehäuse Kollektorabmessungen Höhe, Breite, Tiefe: Dicke der Wärmedämmung hinten: Dicke der Wärmedämmung an den Seiten: Dämmstoff: Gehäusewerkstoff: Dichtungsmaterial: m, m, m 55 mm (HA) keilförmig, 38 mm*38 mm*58 mm (HA) Mineralwolle (HA) glasfaser verstärktes Polyester (HA) 2-K-Silikon (HA) 4.4 Grenzwerte Maximaler Betriebsdruck: Nennbetriebsdruck: Maximale Betriebstemperatur: Maximale Stillstandtemperatur: Maximale Windlast: Empfohlener Anstellwinkel: Nenndurchfluss: 1000 kpa (HA) 300 kpa (HA) keine Angabe keine Angabe keine Angabe l/m 2 h (HA) 4.5 Einbauweise Flachdach - auf Dacheindeckung: ja (HA) Schrägdach - auf Dacheindeckung: ja (HA) Schrägdach - in Dacheindeckung integriert: ja (HA) Freie Aufstellung ja (HA) Fassade: nein (HA) Seite 6 von 16

7 4.6 Foto und Schnittzeichnung des Kollektors Abbildung 1: Foto des Kollektors Logasol SKS 4.0 Closed composite Glass Inert gas (Argon) Absorber Abbildung 2: Schnittzeichnung des Kollektors Logasol SKS 4.0 Seite 7 von 16

8 5 Leistungsparameter des Kollektors 5.1 Prüfverfahren Innenprüfstand mit Solarsimulator und Außenprüfstand mit Nachführeinrichtung (Tracker), quasistationäre Messung nach EN :2006 Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile-Kollektoren-Teil 2: Prüfverfahren 5.2 Beschreibung der Berechnung Die funktionale Abhängigkeit des Wirkungsgrades von den meteorologischen und den systemtechnischen Betriebsgrößen kann durch folgende mathematische Beziehung dargestellt werden: η (G,(tm t a) ) = η 0 a 1a t m t a G a (t m t a ) 2 2a G (1) (bezogen auf Aperturfläche) mit: t m = te+t in 2 wobei: G = globale Bestrahlungsstärke (W/m 2 ) t in = Kollektor Eintrittstemperatur ( C) t e = Kollektor Austrittstemperatur ( C) t a = Umgebungslufttemperatur ( C) Die Koeffizienten η 0, a 1a und a 2a haben folgende Bedeutung: η 0 : Wirkungsgrad ohne thermische Verluste, d.h. bei mittlerer Wärmeträgertemperatur gleich Umgebungslufttemperatur, also t m = t a Die Koeffizienten a 1a und a 2a beschreiben den Wärmeverlust des Kollektors. Die auf die Aperturfläche bezogenen thermischen Gesamtverluste des Kollektores werden durch die folgende Gleichung beschrieben: a 1a + a 2a (t m t a ) Seite 8 von 16

9 5.3 Quasistationäre Leistungsparameter bezogen auf Aperturfläche, sowie die mittlere Fluidtemperatur Dabei wurden die Parameter a 1, a 2 der Wirkungsgradkennlinie (WKL) indoor am Solarsimulator ermittelt. Der Konversionsfaktor η 0 und der Einstrahlwinkelkorrekturfaktor (IAM) wurden am Außenprüfstand bestimmt. Randbedingungen für die Bestimmung von a 1, a 2 : Testmethode: Innenprüfstand mit Solarsimulator, quasistationäre Messung Kollektoranstellwinkel: 45 Mittlere Windgeschwindigkeit: 3 m/s Art des Wärmeträgers: Wasser Mittlere Durchströmung: 160 kg/h Mittlere Einstrahlung G: 903 W/m 2 Randbedingungen für die Bestimmung von η 0 : Testmethode: Außenprüfung, quasistationäre Messung Breitengrad: 48.0 Längengrad: 7.8 Kollektoranstellwinkel: nachgeführt zwischen 35 und 55 Kollektorausrichtung: nachgeführt Mittlere Einstrahlung : 962 W/m 2 Mittlere Windgeschwindigkeit: 3 m/s Mittlere Durchströmung: 153 kg/h Art des Wärmeträgers: Wasser Seite 9 von 16

10 Ergebniss: Die ermittelten Parameter beziehen sich auf die folgenden Flächen: Aperturfläche Absorberfläche (2.090 m 2 ): (2.098 m 2 ): η 0a = η 0A = a 1a = W/m 2 K a 1A = W/m 2 K a 2a = W/m 2 K 2 a 2A = W/m 2 K 2 Die Berechnung der Standardabweichung wurde gemäß ENV (GUM) durchgeführt. Basierend auf dieser Berechnung beträgt die Unsicherheit der Wirkungsgradpunkte über den gesamten gemessenen Temperaturbereich weniger als 2%-Punkte (η 0a = /- 0.02). Erfahrungsgemäß ist jedoch die Unsichreheit der Testanlagen nur in der Größenordnung von +/- 1%-Punkten. Die Standardabweichung der Wärmeverlustparametern, die sich aus der Regression der Fit-Kurve durch die Messpunkte ergeben beträgt: a 1a = / und a 2a = / Seite 10 von 16

11 5.4 Energieertrag pro Kollektormodul 2000 Gelieferte Energie pro Kollektormodul [W] t m -t a [K] Abbildung 3: Energieertrag pro Kollektormodul, bezogen auf eine Einstrahlung von 1000 W/m 2 Energieertrag pro Kollektormodul [W]: t m t a [K] 400 [W/m 2 ] 700 [W/m 2 ] 1000 [W/m 2 ] Seite 11 von 16

12 6 Einstrahlwinkelkorrekturfaktor IAM Der IAM wurde auf der Nachführeinrichtung (Freiluftteststand) des PZTS unter quasistationären Bedingungen gemessen. Testmethode: longitudinal: Breitengrad: Längengrad: Kollektoranstellwinkel: Kollektorausrichtung: Außenprüfung quasistationär nachgeführt nachgeführt IAM bei θ = 50 = Wärmekapazität des Sonnenkollektors Die Wärmekapazität des Sonnenkollektors wurde nach Kapitel von EN berechnet. Als Wärmeträgermedium wurde ein Wasser/Glykolgemisch im Verhältnis von 2/1 bei 50 C zugrundegelegt. Die Kollektorkapazität beträgt: kj/k Die flächenbezogene Kollektorkapazität pro Quadratmeter ist somit: 4.82 kj/k m 2 8 Kollektoridentifikation/Dokumentation Zur Prüfung lagen alle notwendigen Dokumente nach EN Kapitel 7 vor (Details siehe Auflistung). Zeichnungssatz und Datenblatt Kollektortypenschild Installationsanleitung Materialliste Seite 12 von 16

13 9 Prüfvorkommnisse und Betriebsverhalten des Kollektors Die Messungen wurden von September bis Oktober durchgeführt. Keine besonderen Vorkommnisse während den Messungen. 10 Anmerkung zum Prüfbericht Die im Prüfbericht dargestellten Prüfergebnisse beziehen sich auf den Testkollektor. Eine auszugsweise Vervielfältigung oder Kopie des Prüfberichts ist nicht gestattet. Prüfbericht: KTB Nr Freiburg, 16. November 2006 Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE Dipl.-Phys. M. Rommel Leiter des Prüfzentrums für Thermische Solaranlagen Dipl.-Ing. (FH) A. Schäfer Prüfingenieur Seite 13 von 16

14 A Absorberskizze Abbildung 4: Zeichnung des Absrober Layouts zu Logasol SKS 4.0 Seite 14 von 16

15 B Messdaten zur IAM- und η 0 Bestimmung Tabelle 1 zeigt die ermittelten Wirkungsgradpunkte des Einstrahlwinkelkorrekturfaktor IAM (Außenprüfung, nachgeführt). Zur Bestimmung des IAM wurden die bestimmten Wirkungsgrade (letzte Spalte) mit den Verlustkoeffizienten des Kollektors a 1a = W/m 2 K und a 2a = W/m 2 K 2 auf (t m t a )/G = 0 extrapoliert. Dies ist notwendig, um Einflüsse, die durch die Betriebstemperatur entstehen (Wirkungsgradkennlinie), auszuschließen. Die Messung erfolgte aus Osten und Westen. G G d /G m t in t e t e t in t m t a t m t a (t m t a )/G η a [W/m 2 ] [-] [kg/h] [ C] [ C] [K] [ C] [ C] [K] [Km 2 /W] [-] Osten Westen Tabelle 1: Messdaten der Leistungspunkte zur IAM Bestimmung Seite 15 von 16

16 C Messdaten zur Bestimmung der Verlustparameter a 1 und a 2 m t in t e t e t in t m t a t m t a (t m t a )/G η aa [kg/h] [ C] [ C] [K] [ C] [ C] [K] [Km 2 /W] [-] Tabelle 2: Daten der ermittelten Wirkungsgradpunkte indoor Seite 16 von 16